CN109143287A - 定位解算处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种定位解算处理系统,本发明通过匹配优化后的定位解算算法模型,同时优化后的算法模型也要在保证精度的前提下在限定的外部资源环境下快速定位,保证算法模型的优良性,及定位解算处理模块中的各器件能够有效快速的完成图像数据的接收、缓存、分发和定位计算工作,达到实时高精度在轨定位的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种定位解算处理系统。
背景技术
星上高精度实时定位解算技术作为光学卫星影像的快速无控几何定位的核心技术,在无需地面处理的情况下实时提供探测目标的物方位置信息,实现对动、静目标的定位及运动目标的运动轨迹及行为意图的分析。
高精度星上实时定位技术是指所有的定位解算过程都是在星上完成,不需要将影像数据传输到地面上来处理,大大减少了定位解算所需要的时间,从而达到实时定位动态目标的目的。因此它可实现光学卫星影像的快速无控几何定位,对一些相关领域的项目均可提供有力的技术支持,如现对渔船等目标的实时跟踪,从而保障出现事故时可即使进行搜救,在对典型动态目标,如船舶、飞机等定位,对运动目标的运动轨迹跟踪以及行为意图的预判。
由于在地面上,一般采用几何定标方法,标定光学卫星系统的内外几何误差,在进行几何定位时通过平差的方式修正几何定位误差从而实现高精度的几何定位。而星上定位不同于地面处理,计算及存储资源有限,导致传统的几何定位模型及定位方法在星上并不适用。目前国内大部分卫星均采用在轨几何定标法,在标定光学卫星系统的内外几何误差后,通过参数下注,传输至地面处理器,再通过地面处理器平差的计算方式修正几何定位误差,从而实现高精度的几何定位。
而现今的在轨目标定位中,针对动态目标捕获等需要快速高精度定位的需求日渐增多,此外星上计算及存储资源的局限性,使得星上实时定位操作无法使用传统的几何定位模型来计算。而每次定位的几何修正,也需要通过载荷将参数等进行数据下载,较为占用卫星通信资源,也不具备实时性的特点。这就要求更新研制配合需求的在轨实时处理高精度定位解算技术。
在这样的情况下,在轨实时定位解算处理器需要在满足定位精度的前提下同时满足:1)能够快速实时解算出给定的目标;2)能够做到无控制高精度定位解算。
发明内容
本发明的目的在于提供一种定位解算处理系统。
为解决上述问题,本发明提供一种定位解算处理系统,包括:
底板、固定于所述底板上的电源模块和定位解算处理模块,所述,电源模块与定位解算处理模块连接,其中,所述定位解算处理模块用于:
接收来自地面测试系统的遥控指令;
接收卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据;
解析存储影像数据和辅助数据;
实现定位解算的算法并将得到定位结果输出。
进一步的,在上述系统中,所述定位解算处理模块,用于参照传统严格成像模型,针对星上定位环境进行优化,搭建星上几何成像模型;
针对星上定位误差分析,耦合误差源,将误差源分为外方位误差和内方位误差,添加星地协同处理模型。
进一步的,在上述系统中,所述定位解算处理模块包括:
FGPA;
与所述FGPA连接的DSP;
与所述DSP连接的SDRAM;
与所述DSP连接的FLASH。
进一步的,在上述系统中,所述定位解算处理模块,用于通过FPGA实现对光学载荷图像的采集,采集后的图像数据包括卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据和地面测试系统发送的修正参数,将所述图像数据分类并按照成像时间为顺序进行数据组帧,然后通过EMIF接口将预处理的数据传输至DSP 进行定位解算,DSP在进行定位解算后将计算得出的结果通过EMIF口传送回 FPGA作为结果输出。
进一步的,在上述系统中,所述DSP为双浮点型的高精度DSP TMS320C6701GJC150芯片。
进一步的,在上述系统中,所述SDRAM为MT48LC4M32B2的SDRAM。
进一步的,在上述系统中,所述FLASH为AM29LV320DB的FLASH。
与现有技术相比,本发明通过匹配优化后的定位解算算法模型,同时优化后的算法模型也要在保证精度的前提下在限定的外部资源环境下快速定位,保证算法模型的优良性,及定位解算处理模块中的各器件能够有效快速的完成图像数据的接收、缓存、分发和定位计算工作,达到实时高精度在轨定位的目的。
附图说明
图1为由严格几何成像模型改进为星上几何成像模型最终得出定位结果的过程示意图。
图2为在轨红外高精度定位解算处理器的组成示意图。
图3为在轨红外高精度定位解算处理模块的工作示意图。
图4为在轨红外高精度定位解算处理模块辅助数据的处理流程图。
图5为在轨红外高精度定位解算处理模块的定位解算处理流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示,本发明提供一种定位解算处理系统,包括:底板、固定于所述底板上的电源模块和定位解算处理模块,所述,电源模块与定位解算处理模块连接,其中,所述定位解算处理模块用于:
接收来自地面测试系统的遥控指令;
接收卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据;
解析存储影像数据和辅助数据;
实现定位解算的算法并将得到定位结果输出。
在此,整个在轨实时高精度定位解算处理系统按照环境及运行需要,使用多处理器协同处理的方式实现不同算法需求的实时交互处理。整个处理器包含3 个功能模块:电源模块、定位解算处理板、底板。
其中,电源模块的主要功能是为整个系统提供电力支撑;底板主要是起连接作用;而定位解算处理模块作为整个处理器的核心模块主要功能依次有以下四种:
接收来自地面测试系统的遥控指令;
接收卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据;
解析所述辅助数据和影像数据,得到解析结果;
根据所述遥控指令和解析结果,进行定位解算得到定位结果并输出。
本发明采用优化后的星载传感器严密成像几何模型,使其定位解算时间在满足星上处理的外部环境下,达到实时处理;
结合星地协同定位参数修正算法模型,对定位误差进行修正,使其误差小于目标检测算法的可覆盖范围。
在此,本发明针对光学推扫式对地红外相机产生的拍摄图片及星上GPS对应地球经纬度进行建模及坐标相应的转换计算进行优化,用以针对星上实时处理,由于利用卫星影像对目标(特别是动态目标)进行定位检测需要在满足实时性指标的前提下进行。在基于传统的地面处理图像定位算法的基础上,针对星上资源的特殊环境要求,着重解决星上处理系统的多处理器协同处理以及星上处理的算法优化设计。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述定位解算处理模块,用于参照传统严格成像模型,针对星上定位环境进行优化,搭建星上几何成像模型;
针对星上定位误差分析,耦合误差源,将误差源分为外方位误差和内方位误差,添加星地协同处理模型,以减少定位误差。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述定位解算处理模块包括:
FGPA;
与所述FGPA连接的DSP;
与所述DSP连接的SDRAM;
与所述DSP连接的FLASH。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述定位解算处理模块,用于通过FPGA实现对光学载荷图像的采集,采集后的图像数据包括卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据和地面测试系统发送的修正参数,将所述图像数据分类并按照成像时间为顺序进行数据组帧,然后通过EMIF接口将预处理的数据传输至DSP进行定位解算,DSP在进行定位解算后将计算得出的结果通过 EMIF口传送回FPGA作为结果输出。
由于星上计算资源环境的限定,以往在地面修正时采用的平差法无法在 DSP上使用,为了满足高精度定位的需求,选用优化后的星载传感器严密成像几何模型,并简化其中的插值算法;为了弥补新成像几何模型带来的定位误差,对诸如角、线元素、时间、指向角、GPS、高程、姿态等造成的误差进行系统分析,并发觉其中的误差耦合性,最终定性为内、外方位元素误差,搭建对应的星地协同定位参数修正模型,辅助星载传感器严密成像几何模型。
红外高精度定位解算处理器是基于DSP 6701芯片配合外设SDRAM及 FALSH组成的嵌入式处理器,是作为整个星载设备目标检测系统中支撑目标检测功能的核心功能部件。其主要功能是通过DSP的EMIF口接收FPGA或1553 总线发送的以像素为单位的图像辅助数据,按照目标检测算法进行图像切割--- 即将切割后的切片图像的四顶点GS84坐标通过该定位解算处理器计算得出,并实时将切片的定位坐标反馈至FPGA中以配合目标检测算法。
由于本处理用于红外卫星图像处理,传统的目标检测算法无法进行诸如海陆分割等目标捕获算法,需要凭借定位解算处理器反馈的坐标进行再次运算,而其最终目标捕获是否成功,极大部分取决于高精度定位解算处理器反馈的定位精度,所以如何快速实时的计算出目标点的经纬度是整个在轨实时处理红外高精度定位解算处理器的核心功能。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述DSP为双浮点型的高精度 DSPTMS320C6701GJC150芯片。
在此,在处理器性能方面,根据不同处理器特点,需要对处理流程进行分解,将数据的输入、输出、解析及星上定位处理算法进行组合优化设计,按照处理器的不同处理特点进行优化分配,其中按照FPGA的处理特性分配处理数据的输入、输出、解析以及各并行运算。而浮点类DSP模块则按照特性负责定位算法中的浮点运算。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述SDRAM为MT48LC4M32B2 的SDRAM。
本发明的定位解算处理系统一实施例中,所述FLASH为AM29LV320DB 的FLASH。
在此,选用双浮点型的高精度DSP TMS320C6701GJC150芯片支撑星载高精度定位解算算法;
选用MT48LC4M32B2的SDRAM支撑定位解算过程中,数据的存储和传输;
选用AM29LV320DB的FLASH作为外部存储,可以起到抗幅加固的作用。
在添加星地协同处理模型后,DSP嵌入式软件需要根据指定型号的硬件资源改善算法软件,具体步骤如下:
针对星上DSP 6701优化软件定位解算算法模块,提高定位精度;
针对星上DSP 6701优化软件数据流的传输方式,优化数据流分包及输出、提取方式,提高定位解算速度;
具体的,见图1,本发明是一种基于传统的严格几何成像模型针对星上特有的资源环境而改良的星上几何成像模型。改良后的模型除了仍然具有传统严格几何成像模型的定位特点以外,较之原模型有了以下几点针对性的改进:
针对星载光学相机采用的线阵推扫式影像的获取方式搭建成像模型;
针对星上主点、主距的内方位元素及安装矩阵等外方位元素难以获取,考虑参数间的耦合性,将各分类元素整合成几大元素便于计算;
针对光学卫星在轨成像时,影像获取、时间、姿态、轨道测量等多载荷协同工作的复杂工作机制,改善修正模型;
针对多载荷集成导致卫星影像的几何误差来源更为多样、机理更为复杂导致的误差添加星上参数修正和定期修正参数上注功能;
针对定期修正参数上注时,涉及的大量物理参数变化,研究其耦合性,简化上注参数;
见图2,为本发明的实施例子的外部硬件环境,作为星上嵌入式定位解算处理系统,整个系统设备包含一块底板提供连接作用,一块电源板作为整个系统的电力支撑,以及作为核心模块的定位解算处理模块,负责接收来自地面的遥控指令和上注参数、来自卫星平台的辅助数据及卫星载荷的影像数据,并解析存储的影像数据和辅助数据,通过定位解算的算法得出定位结果并作为结果反馈至卫星平台。
见图3,为本发明工作时数据处理的流程示意图,整个数据源由卫星平台发送至FPGA中,当FPGA判断其FIFO中的数据半满时,由外部管脚发送中断信号至DSP的EXT_INT4口,通知DSP程序辅助数据已准备完毕,由于本发明所选用的DSP内存较小,该系统通过EMIFA口额外连接了16M的SDRAM,故 DSP自主通过EMIFA口CE2片区按照地址依次获取辅助数据,数据由EMIFA 口的CE2片区直接转存至CE0片区,当DSP传输完辅助数据后,DSP程序跳出中断,实时筛选存储在CE0片区SDRAM内存中的辅助数据,按照定位的像素坐标点实时提取处理星上几何成像模型的适用参数存入内存,进行定位解算,当解算出结果后通过EMIFA口返回结果至FPGA。
见图4,为辅助数据处理流程示意图,DSP程序上电后自动执行程序,并循环等待,当DSP接收到FPGA发送的中断信号,软件进入中断执行程序,通过 EMIF A口将CE2片区内的辅助数据搬运至CE0 SDRAM的片区内,当数据搬运完毕,软件开始跳出中断程序,此时循环程序检测出SDRAM内出现新数据,软件进入定位解算模块进行计算。
见图5,为在轨红外高精度定位解算处理模块的定位解算处理流程图,DSP 程序在进入定位解算模块后,按照协议判定解算数据种类,当需要解算同行图像中多点数据,软件先计算出该行像素点的首末行坐标后,再进行平差计算,并将计算出的结果反馈至EMIFA口的CE2片区内,供FPGA软件后续的使用。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本发明通过匹配优化后的定位解算算法模型,同时优化后的算法模型也要在保证精度的前提下在限定的外部资源环境下快速定位,保证算法模型的优良性,及定位解算处理模块中的各器件能够有效快速的完成图像数据的接收、缓存、分发和定位计算工作,达到实时高精度在轨定位的目的。
专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
显然,本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种定位解算处理系统,其特征在于,包括:
底板、固定于所述底板上的电源模块和定位解算处理模块,所述,电源模块与定位解算处理模块连接,其中,所述定位解算处理模块用于:
接收来自地面测试系统的遥控指令;
接收卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据;
解析存储影像数据和辅助数据;
实现定位解算的算法并将得到定位结果输出。
2.如权利要求1所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述定位解算处理模块,用于参照传统严格成像模型,针对星上定位环境进行优化,搭建星上几何成像模型;
针对星上定位误差分析,耦合误差源,将误差源分为外方位误差和内方位误差,添加星地协同处理模型。
3.如权利要求1所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述定位解算处理模块包括:
FGPA;
与所述FGPA连接的DSP;
与所述DSP连接的SDRAM;
与所述DSP连接的FLASH。
4.如权利要求3所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述定位解算处理模块,用于通过FPGA实现对光学载荷图像的采集,采集后的图像数据包括卫星平台的辅助数据以及卫星载荷的影像数据和地面测试系统发送的修正参数,将所述图像数据分类并按照成像时间为顺序进行数据组帧,然后通过EMIF接口将预处理的数据传输至DSP进行定位解算,DSP在进行定位解算后将计算得出的结果通过EMIF口传送回FPGA作为结果输出。
5.如权利要求3所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述DSP为双浮点型的高精度DSP TMS320C6701GJC150芯片。
6.如权利要求3所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述SDRAM为MT48LC4M32B2的SDRAM。
7.如权利要求3所述的定位解算处理系统,其特征在于,所述FLASH为AM29LV320DB的FLASH。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190104 |